八路彩灯控制器数字逻辑.docx

内 容 摘 要 节日彩灯经常被用来增添节日气氛，是日常生活中不可缺少的一个节日装饰为了让彩灯自动的出现图案的变化，因此要设计彩灯控制电路来实现。本课题要设计的是彩灯控制器电路，使彩灯能自动实现3种不同图案闪现的变化。从来让彩灯更能使节日气氛活跃。该控制电路控制器有8组输出，每组驱动4只LED；32只LED组成彩灯图案，图案的状态变换有三种；图案的状态变换能实现定时自动切换；图案的状态变换速度有快、慢2种；控制器具有清零的功能。关键字：LED 自动控制 清零 目 录一、 概述1二、方案设计与论证 2三、单元电路设计与分析 31初态产生电路的设计32状态变换产生电路的设计4四、总原理图及元器件清单5五、结论7六、心得体会8七、参考文献9 一、概述“左后摆动”图案的状态变换由两种状态构成，即 01010101和10101010两种状态，由于每种状态中不相邻的2位轮流在高、低电平中转换，高电平为亮点，低电平为暗点两种状态相互转化就形成了“左右摆动”图案；“暗点移动”图案的状态变换由4种状态构成，即01111111、10111111 、11011111和11101111四种状态，由于每种状态中都有一位低电平（暗点），而且低电平逐位循环右移，所以这4位状态之间的转换就形成了“暗点移动”图案；“逐渐亮再逐渐暗”图案的状态变换由8种状态构成，即00000000、10000000、111111100、11111110、11111111、01111111、00111111、0001111100000001和00000000这16种状态，在这16种状态中，从状态00000000到状态11111111，LED将从左到右逐次点亮，而从状态11111111到状态00000000，LED将又从左到右逐次点暗，以上8种状态就形成了“逐渐亮再逐渐暗”的图案。通过74LS161十进制同步计数器，构成一个三进制计数器，产生三种图案的初态。通过2个74LS195移位寄存器，产生状态变换电路。其中“左右摆动”和“暗点移动”的各种状态可由移位寄存器循环右移即环形计数器获得，而“逐渐亮再逐渐暗”的各种状态是由移位寄存器最高位取反后循环右移即扭环形计数器得到。通过74LS123单稳态触发器，产生一个与初态同步产生置数脉冲，将其送至状态变换产生电路的置数端，在该置数脉冲的控制下才能实现。通过555定时器组成多谐振荡器，产生时钟信号，然后通过分频电路将时钟信号分频产生多个频率的时钟信号，用于对整个彩灯控制器的同步控制和图案状态变换速度的控制。二、方案设计与论证彩灯图案一般有“左右摆动”，“暗点移动”和“逐渐亮再逐渐暗”三种图案。三种图案的初态由三进制计数器经适当的组合逻辑变换产生，送至变换电路。每种图案的状态变换常以环形和扭环形计数器的计数循环状态来实现，而环形和扭环形计数器一般由移位寄存器经适当的反馈连线构成。通过改变移位脉冲的时钟频率即可改变每种图案状态变换的速度。再用规则的顺序脉冲控制图案的状态变换的保持时间，就可以得到不同形状的图案变换，最终得到彩灯控制器。按照设计思路，可以得到如图1所示的彩灯控制组合方框图。显示电路初态产生电路状态变换产生电路驱动电路环扭计数控制电路速度变换产生电路初态置入控制电路时钟信号产生电路清零电路图1 彩灯控制组合控制方框图三、单元电路设计与分析1状态变换产生电路的设计彩灯控制器所采用的三种图案设计中，“左右摆动” 和“暗点移动”这两种图案的各种状态可由移位寄存器循环右移即环形计数器获得，而“逐渐亮再逐渐暗”的各种状态是由移位寄存器最高位取反后循环右移即扭环形计数器得到。综上所述，状态产生电路可由移位寄存器通过适当的反馈电路构成的环形和扭环形计数器实现。74LS195是4为通用的移位寄存器，它有四种功能：清零、置数、保持和移位。74LS195的置数功能为同步置数，构成循环右移的扭环形计数器。按一定的规律改变74LS195时钟输入端CP的频率，就可改变图案状态变换的速度。当移位/置数端为低电平且时钟输入端CP有上升沿到来的情况下，3种图案的初态将从数据输入端D0D3置入74LS195中。综上所述，把输入端Q3或Q3反馈至JK输入端，3种图案的初态接至数据输入端D0D3，在改变时钟输入端CP的频率，就可以用74LS195构成状态变换产生电路。状态变换产生电路如图3所示。图2 状态变换产生电路2环扭计数控制电路和速度变换产生电路的设计在彩灯控制器所采用的三种图案设计中，“左右摆动” 和“暗点移动”这两种图案的各种状态变换是由环形计数器获得，因此需要将74LS195的 Q3端 与JK输入端相连才能得到。而“逐渐亮再逐渐暗”的各种状态变换是由扭环形计数器得到的，此时需要将74LS195的 Q3端 与Jk输入端相连才能得到。JK 与Q3或Q3之间的的连接可采用4选1的数据选择器来实现。 数据选择器的数据输入端接74LS195的Q3和Q3，输出端接JK，数据选择器的功能可以有三进制实现。由此构成了环扭形计数控制电路。对于速度变换产生电路，采用74LS195的时钟输入端CP选择不同频率的时钟脉冲，因此速度变换产生电路也可由4选1数据选择器来实现。综上分析，环扭形计数控制器和速度变换产生电路可由4选1数据选择器和一个三进制计数器来实现。这里4选1数据选择器采用74LS153，三进制计数器采用74LS160实现。环扭形计数控制器和速度变换产生电路如图4所示。图3 环扭形计数控制器和速度变换产生电路四、总原理图及元器件清单1总原理图图4 总原理图2元器件清单元件序号型号主要参数数量备注U5、 U11、 U1274LS1601十进制计数器U274LS1611十六进制计数器U174LS1952移位寄存器U85551多频振荡器U474LS1531单稳态触发器U1040601多频振荡器U3、U974LS003与非门U774LS1231U674042非门D1D16LED16C1C30.01u2电容R1R420K 4K7 100K 5K15电阻五、结论彩灯控制器通过初态产生电路、状态变换产生电路、初态置入控制电路、环扭形计数控制电路和速度变换产生电路、时钟信号产生电路、驱动电路和清零电路实现了以下设计任务与要求：（1）控制器有8组输出，每组驱动4只LED；（2）32只LED组成彩灯图案，图案的状态变换有三种；（3）图案的状态变换能实现定时自动切换；（4）图案的状态变换速度有快慢2种；（5）控制器有清零的功能。课设中的缺点：在初态产生电路中，采用74LS161构成三进制计数器。在环扭形计数控制电路和速度变换产生电路中，采用74LS160构成三进制计数器。同样的功能使用两种元件造成了器件的浪费。课设中可以改进的地方：（1）将初态产生电路构成的三进制计数器和环扭形计数控制电路、速度变换产生电路构成的三进制计数器合并，经过适当的组合逻辑变换得到所需的两种三进制计数器。达到精简器件，节省经费的目的。（2）对于持续时间的的设定，可以设计两种，即相同的时间持续时间和不同的持续时间，工人们进行选择，简单的操作增加了彩灯控制器的功能。六、心得体会短短两周的课设马上就接近尾声了，每次课设都会有很多体会，这次针对非专业的课设体会更深一些。我学会了自学。当拿到课设题目时，真的感觉自己见到了天书。原来的课设都是自己专业的，与平时学习实践相关的，一些计算机方面的课设。而这次是面对学习课时少，上课内容深度不够的电子方面的课设，感觉真的不知从何入手。课设第一天，我从电子技术动手实践开始看起，通过对课设的分析，我对彩灯控制器的原理有了一定的了解。通过对仿真软件的实验，也学会了使用。接下来的2天，通过查阅图书馆资料，网上学习，及和同学们进行讨论，完成了课设的基本要求。从那2天的学习中，我体会到很多东西是我们把它想的太难了，而实际操作起来并不一定那么难。只要我们能够用心研究，其实很多问题可以解决。我们要相信自己，一切从实际出发，一点点攻克。我学会了与人合作。无论是工作还是学习，合作无处不在。课设分为两人一组，老师的目的也是要我们学会合作。在课设中我学会，我们要根据具体要求，合理分工，遇到问题共同探讨，只有这样才能在最短的时间高效率的完成任务。三人行必有我师。在我们的课设有条不紊的进行时，我们遇到了问题，请教了周围的同学，大家都不知道哪出了问题，我们一筹莫展，最后我们想到了一位电子系的同学，经他的指点，我们的问题圆满解决，其实那只是一个小问题，只是我们的课程没有涉及到而已，这次课设让我体会到我们要善于向别人，特别是比我们专业的人学习。这次课设让我在收获知识的同时，让我学会了很多学习的方法，同时我跟同学之间的友情更加深厚，我感谢老师给我们这次机会，同时感谢老师和同学们给予我的帮